往復(fù)式高壓注水泵故障分析及解決措施

黎曉勇

（新疆獨(dú)山子石化公司設(shè)備檢修公司煉油鉗工車(chē)間，新疆獨(dú)山子 833699）

0 引言

餾分油加氫裂化裝置往復(fù)柱塞式高壓注水泵P-1002/B，是加氫裂化裝置的心臟設(shè)備，其型號(hào)為3PP-7/16.5，流量7 m3/h，入口壓力0.3 MPa，排出壓力16.5 MPa，柱塞直徑53 mm，行程73 mm，往復(fù)次數(shù)267，電機(jī)功率45 kW；該泵由動(dòng)力端、液力端、電氣控制及附件組成。高壓注水泵是由聯(lián)軸器將電機(jī)動(dòng)力傳遞給減速箱兩對(duì)齒輪軸及泵體曲軸相位差120°的3等分曲拐，曲軸旋轉(zhuǎn)時(shí)，連桿做往復(fù)運(yùn)動(dòng)，帶動(dòng)3個(gè)柱塞以120°相位差做往復(fù)運(yùn)動(dòng)（圖1）。液力端有3個(gè)閥室，每個(gè)閥室有一組閥（1個(gè)吸入閥和1個(gè)排出閥），該泵輸出壓力高達(dá)165 kg，為了系統(tǒng)安全可靠，出口端設(shè)有安全閥（壓力調(diào)至額定壓力的1.1倍）。P-1002注水泵的作用主要是稀釋介質(zhì)中的氨鹽和利用高壓水沖洗結(jié)晶，防止空冷風(fēng)機(jī)上的管束內(nèi)壁結(jié)晶堵塞。

1 原因分析

該機(jī)泵主要存在的問(wèn)題是出口流量波動(dòng)大，管線脈沖式振動(dòng)以及柱塞磨損。2005年，由于泵P-1002流量波動(dòng)大、管線脈沖式振動(dòng)，造成該泵頻繁停泵檢修，拆修時(shí)發(fā)現(xiàn)入口閥芯、排出閥芯三爪導(dǎo)向面上有摩擦痕跡，在裝配時(shí)，閥芯做上下自由起落時(shí)有卡澀現(xiàn)象，甚至有閥芯卡在閥座內(nèi)的現(xiàn)象，可以斷定這種現(xiàn)象就是導(dǎo)致前兩種故障的主要原因。現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量：閥芯的三爪導(dǎo)向面與閥座內(nèi)徑間隙在（0.06～0.1）mm（圖2），閥芯的升程起落高度在（4～5）mm，彈簧安裝時(shí)的預(yù)壓力為（1～2）kg，如圖3所示，其中，d為彈簧鋼絲直徑。彈簧工作壓縮過(guò)程中長(zhǎng)度尺寸變化范圍是（23～28）mm。

1.1 校核彈簧是否滿(mǎn)足工作要求

式中P——彈簧工作壓力

p——每圈壓縮時(shí)彈簧的力，查表為2.30 MPa

h——彈簧自由高度，測(cè)量為38 mm

H——為工作狀態(tài)下彈簧的總壓縮量，6 mm

通過(guò)上式計(jì)算可知，P=2.30×6/38=0.363 MPa=3.6 kg。彈簧實(shí)測(cè)工作壓力為P=（1～2）kg，與計(jì)算值相差較大。說(shuō)明彈簧力過(guò)小，造成閥芯閉合不及時(shí)，高壓介質(zhì)回流，引起流量波動(dòng)大、管線脈沖式振動(dòng)，造成這一現(xiàn)象只有在入口閥處產(chǎn)生。另一方面由于排出閥三爪導(dǎo)向間隙太小，閥芯卡在閥體內(nèi)，高壓注水泵工作時(shí)，排出閥在排出的高壓介質(zhì)的壓力（165 kg）作用下，排出閥不能及時(shí)關(guān)閉，使部分介質(zhì)產(chǎn)生內(nèi)漏，導(dǎo)致出口流量波動(dòng)大。

圖2 閥結(jié)構(gòu)及間隙

圖3 彈簧工作狀態(tài)

入口管線脈沖式振動(dòng)是由于吸入閥三爪導(dǎo)向間隙太小和彈簧的彈力小造成的。工作時(shí)吸入閥閥芯卡住，不能及時(shí)關(guān)閉，使高壓水迅速由吸入閥倒回入口管線，由于水是不能被壓縮的，所以造成液擊沖擊管線，產(chǎn)生強(qiáng)烈的振動(dòng)和噪聲，直接影響該泵的正常工作，工作示意圖如圖4所示，其中，F(xiàn)為沖擊力。

圖4 閥工作狀態(tài)

1.2 閥芯的受力分析（圖5）

閥體在工作時(shí)主要承受2種力：彈簧壓力P，（1～2）kg和F（介質(zhì)壓力，入口約為3 kg，出口為165 kg），合適的彈簧壓力可以解決閥體在工作中的穩(wěn)定性。

圖5 閥體工作時(shí)的受力

1.3 柱塞磨損分析（圖6）

現(xiàn)場(chǎng)檢修中發(fā)現(xiàn)，柱塞與銅套配合間隙只有0.1 mm，由于間隙過(guò)小，導(dǎo)致該泵在工作中拉毛柱塞表面，從而造成填料頻繁泄漏超標(biāo)。

圖6 柱塞磨損分析

2 解決措施

（1）調(diào)整間隙（圖7）。適當(dāng)放大閥體三爪導(dǎo)向面與閥體配合面的間隙，間隙調(diào)整為（0.2～0.3）mm，可以避免閥體卡住故障，保證導(dǎo)向良好。

圖7 改進(jìn)后閥組配合間隙

（2）調(diào)整彈簧力（圖8）。適當(dāng)增大彈簧的彈力，可以解決閥體在工作中的穩(wěn)定性和避免閥體延遲關(guān)閉，防止水由高壓向低壓處泄漏，而造成液壓沖擊的故障，保證該泵正常運(yùn)行。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)工作壓力，選擇鋼絲直徑為3 mm的彈簧，以增加彈簧工作力。

圖8 改進(jìn)后彈簧狀態(tài)

（3）增大柱塞與銅套配合尺寸（圖9）。適當(dāng)增大柱塞與銅套配合尺寸，可以避免柱塞與銅套在工作中的摩擦，保證了柱塞表面的光潔度，從而延長(zhǎng)填料的使用壽命。

圖9 調(diào)整柱塞與銅套配合尺寸

3 結(jié)論

（1）高壓注水泵在化工工藝運(yùn)用中，出現(xiàn)脈沖式管路振動(dòng)問(wèn)題，可以判定入口閥的閉合不嚴(yán)或閥芯卡澀造成。

（2）在高壓注水泵入口閥芯彈簧力的選擇上，應(yīng)參考實(shí)際操作中的入口壓力。

（3）在柱塞與銅套的配合尺寸控制上，應(yīng)根據(jù)設(shè)備運(yùn)行實(shí)際情況而定。

上述措施實(shí)施后，消除了餾分油加氫裂化裝置往復(fù)柱塞式高壓注水泵P-1002/B管路振動(dòng)及填料泄漏問(wèn)題，提高了該泵的運(yùn)行周期。